3.1

TEMA 3

HORNOS DE FUSIÓN

Clasificación general de los hornos de fusión.

El objeto de los hornos de fundición es el de proporcionar al metal el calor necesario parafundirlo y recalentarlo hasta el punto de que adquiera la fluidez para adoptar la forma del molde.

Los hornos se pueden dividir en tres clases:

1) Hornos de combustible.2) Convertidores.3) Hornos eléctricos.

Los hornos de combustible se subdividen en dos categorías:

a) Hornos en los cuales el metal y el combustible están separados.b) Hornos en los cuales el metal y el combustible están en contacto (cubilotes).

Los convertidores utilizan como fuente de calor la combustión de alguno de los elementosde la aleación.

Los hornos eléctricos, a su vez, se subdividen en tres categorías:

a) Hornos eléctricos de arco.b) Hornos eléctricos de resistencia.c) Hornos eléctricos de inducción.

Hornos de crisol.

Es el tipo más sencillo de horno, y se encuentra en fundiciones que trabajan aleacionesde metal no férreos. En las fundiciones que trabajan con hierro fundido puede tener empleo paracoladas pequeñas y urgentes.

El elemento más importante es el crisol, compuesto de grafito, con la adición eventualde carborundo, mezclado con aglutinantes adecuados, por ejemplo, arcilla o alquitrán.

Los crisoles se clasifican por puntos, entendiendo por punto el contenido en peso de 1 kgde bronce líquido (es decir, un crisol de 100 puntos puede contener 100 kg de bronce fundido).En el comercio se encuentran crisoles de muy pocos puntos e incluso de fracciones de punto parametales preciosos, y crisoles de 30 - 50 - 80 - 100 - 120 - 50 - 175 - 200 - 250 - 300 - 400 puntos

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3.2 Universidad de Málaga

para aleaciones no férreas.

Para la fusión de metales de bajo punto de fusión, como el zinc,aluminio, estaño, plomo, etc., sirven también los crisoles metálicos defundición especial o de acero.

El horno de crisol inclinable de la figura, calentado con fueloil, dispone, de unrecuperador para calentar el aire de combustión.

Hornos de reverbero.

Los hornos de reverbero están constituidos por un hogar, una plaza o laboratorio consolera y bóveda, y una chimenea. Desde el principio de su aplicación (segunda mitad del siglopasado), han sido objeto de grandes modificaciones, pero éstas no han afectado a sus principiosfundamentales de funcionamiento. El tipo más sencillo de construcciónestá representado en la siguiente figura.

En la plaza se pone la carga metálica que se calienta porconvección de la llama, que la roza, y por la irradiación de la bóveda ylas paredes.

Los hornos de reverbero tienen un amplio campo de aplicaciónen las fundiciones de bronce, aluminio y en las de hierro fundidomaleable. Se construyen con una capacidad hasta de 40 toneladas. Sufuncionamiento, a diferencia de los cubilotes, es intermitente. La cargay la colada se efectúan con la ayuda de grúas. Las capacidades máscorrientes son de 5 a 25 t.

Hornos de fusión

3.3Universidad de Málaga

También en las industrias que trabajan con aleaciones ligeras seemplean los hornos de reverbero, ya sean fijos o basculantes, conrecuperación del calor o sin ella. Entonces las capacidades pueden sermenores, entre 45 y 2.000 kg. Están siendo muy empleados en lafundición inyectada,

Las pérdidas de hierro en la refusión: 5 a 7% del peso de la carga.

Las pérdidas de los distintos componentes del hierro durante larefusión en el horno de reverbero son:

Silicio: del 19 al 35%. Valor admisible = 25%Manganeso: del 20 al 40%. Valor medio admisible =

30%Carbono: del 8 al 20%. Valor medio admisible =

14%

El contenido de azufre de la carga se aumenta algo, según sea la proporción de azufre enlos gases del hogar y la forma de realizar la fusión.

El horno Martin Siemens es un ejemplo de horno de reverbero. La figura siguiente da unaidea de conjunto de un horno de este tipo. Para alcanzar la temperatura necesaria para la fusióndel acero (1700 C) se concede la máxima importancia al precalentamiento del gas y del aire, quepuede alcanzar de 1000 a 1100EC. Cuando se emplea petróleo, metano o gas de coque, essuficiente precalentar el aire y no hacen falta más que un par de cámaras deprecalentamiento.

En las grandes fundiciones de acero o en las de hierro fundidomaleable, se emplea este horno con una capacidad entre 15 y 20toneladas, mientras que en las fundiciones que producen lingotes deacero alcanzan capacidades de 250 a 300 toneladas.

Hornos oscilantes y giratorios.

Esta clase de hornos nacieron de la necesidad de aumentar latransmisión del calor de las paredes del laboratorio, o cámara, a la masade fundición, es decir, de aumentar el rendimiento térmico. Se realiza delmodo siguiente: la carga sólida es introducida después de haber calentadoel laboratorio a 700EC; si se emplea el procedimiento duplex, seintroduce el metal líquido; en el primer caso se produce una oscilaciónbastante limitada (unos 45E), que somete toda la masa metálica a laacción de los gases calientes. Cuando la masa está fundida, se aumentala oscilación (o se hace girar el laboratorio) de modo que todo elrecubrimiento entre en contacto, alternativamente, con la llama y con elmetal: la máxima oscilación o la rotación se aplican cuando el metal estácubierto de escoria; ello asegura una mezcla eficaz y, a la vez, la máximahomogeneidad del baño. La figura siguiente muestra un horno de estetipo.Cubilotes.

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3.4 Universidad de Málaga

Es el aparato de fusión más antiguo empleado para la refusión del hierro colado, ya quese emplea desde hace siglos, si bien la experiencia y el progreso han sugerido modificaciones quehan cambiado totalmente el aspecto de los cubilotes modernos respecto a los antiguos. Sinembargo, los principios en que se basa su funcionamiento son los mismos.

El cubilote es un horno que funciona con combustible sólido y en el que la carga metálica,el combustible y el carburante están en íntimo contacto entre sí. Esto permite un intercambiodirecto y activo y, por lo tanto, un rendimiento elevado. Sin embargo, y por causa de este mismocontacto entre el metal, las cenizas y el oxígeno, el hierro colado producido no puede serrigurosamente controlado desde el punto de vista metalúrgico.

El cubilote está formado por las partes indicadas en la siguiente figura:

El tamaño y las proporciones de los cubilotes son bastantevariables porque los técnicos aplican a los mismos los resultados de susexperiencias personales. Daremos, sin embargo, algunos valoresindicativos:

a) Diámetro interior. Se puede aceptar que, en la práctica, laproducción de los cubilotes medianos y grandes es de 75 kg por hora ydecímetro cuadrado de sección. Por lo tanto, si P es la producción enKilogramos/hora, S la sección interior del cubilotes en decímetroscuadrados y di el diámetro interior en decímetros, tendremos:

P ' 75·S '75π

4d2

i [kg/h]

y realizando la operación en números redondos:

P ' 60·d2i [kg/h]

de lo cual

di ' P60

[dm]

La producción de los cubilotes pequeños es algo inferior (de 15a 20% menos).

b) Espesor del revestimiento o diámetro exterior. El espesor delos refractarios varía desde 15 cm, para los cubilotes pequeños, hasta 30cm y más, para los mayores, pero existen cubilotes modernos cuyorevestimiento refractario se ha reducido hasta 6 u 8 cm, y cuya envolturade plancha se enfría por el exterior, en la zona más caliente, por mediode un chorro de agua.

Si a es el espesor del refractario y b el de la capa intermedia en decímetros, el diámetroexterior del cubilote resultará:

de ' 2(a%b) % di [dm]

Hornos de fusión

3.5Universidad de Málaga

El perfil interior del horno es generalmente cilíndrico. A menudo se sustituye elrevestimiento de la boca de carga por coquillas huecas de hierro colado para resistir la acciónmecánica de la introducción de la carga.

a) La altura del cubilote es la distancia H entre la solera y la boca de carga, En algunosestá establecida en proporción al diámetro interior; en tal caso:

H ' 5di [dm]

de los hornos más pequeños a los más grandes.

Otros establecen la altura H en proporción al porcentaje de coquede la carga.

Normalmente, el cubilote debe contener de 4 a 6 cargas dematerial (coque+ fundente + metal): una altura demasiado reducidaprovoca pérdidas de calor, por cuanto los gases calientes no encuentranel modo de ceder la mayor parte de su calor sensible a la carga situadaen la parte superior. Una altura excesiva puede provocar eldesmenuzamiento del coque y, al contacto de la carga de la partesuperior, la conversión del anhídrido carbónico (CO2) en óxido decarbono (CO), que se marchará por la chimenea; es decir, que en vez derecuperar calor sensible, se desperdiciará combustible.

d) Número y sección de las toberas. Actualmente se prefierecolocar las toberas en un mismo plano, excepto en los grandes cubilotes,en los cuales se colocan en dos capas vecinas, alternadas verticalmente.

Su número varía de 2, para los cubilotes más pequeños, a 4, 6, 8y hasta 12, para los grandes cubilotes.

Su forma puede ser redonda), cuadrada o rectangular.

La sección total s, en centímetros cuadrados, de las toberas se establece en proporción a

la sección interior S, en centímetros cuadrados, del cubilote. En tal caso: s ' S

5...6 [cm2]

para los hornos mayores, y para los hornos más pequeños.s ' S

4...5 [cm2]

Otros, más recientemente, considerando que la cantidad de aire debe ser proporcional a

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3.6 Universidad de Málaga

la relación entre el peso p en kilogramos del coque de carga y el peso P en kilogramos de lapP

carga metálica, fijan la sección total s de las toberas en:

s ' pSP

[cm2]

Es conveniente comprobar que la sección s resulta por lo menos el doble de la secciónde la boca expelente del ventilador.

Las toberas se colocan ligeramente inclinadas hacia el interior del cubilote para evitar quelas invadan las escorias o el metal líquido.

e) Tuberías y cámara de viento. Es conveniente que la tubería del aire sea recta, desección redonda sa doble de la sección expelente del fuelle, y que entre tangencialmente en lacámara de aire. Esta última debe tener una sección:

Sf ' (2.5 ... 3) sa [cm2]

y una altura:a ' 2b

Siendo Sf = ab y , se tendrá , y a = 2Sfb ' a2

Sf ' a2

2

L a st u b e r í a s ,cámara dev i e n t o ,p o r t i l l o s ,mirillas, etc.,n o d e b e np e r m i t i rpérdidas deaire.

f) Laa l tu ra de lcrisol entre lasolera y laprimera fila de toberas, cuando la

salida del hierro colado es intermitente, resulta igual a:h ' (0.6 ... 0.8)di [dm]

Si se quiere producir hierro colado muy resistente, con un bajo contenido de carbono,conviene reducir sensiblemente la altura h y, en tal caso, para tener una reserva de hierro coladohay que aplicar un antecrisol. La tendencia moderna es de reducir al mínimo posible la altura h.

Hornos eléctricos de fusión por arco.

Hornos de fusión

3.7Universidad de Málaga

Figura 3.1

En el estudio de los hornos eléctricos de fusión por arco voltaico directo sólo vamos aconsiderar los que actualmente, y casi en exclusiva, trabajan: los trifásicos.

Se componen de: crisol, bóveda, electrodos, brazosportaelectrodos e instalación electro-mecánica o electrohidráulica, paralevantar y bajar los brazos, transformador de corriente y reguladorautomático, para mantener una intensidad de corriente determinada.Vamos a estudiar cada elemento separadamente.

a) Crisol.- Puede variar su capacidad desde unos pocoscentenares de kg hasta más de 100 toneladas. En los Talleres de Fudiciónse instalan hornos de acero con crisoles relativamente pequeños: 1 a 10toneladas.

El crisol, también denominado cuba, está constituido por unrecipiente de chapa soldada o remachada, con dos aberturas: una, para lacarga y otra para la colada (piquera) de altura y dimensiones variables.Es generalmente cilíndrico, y su volumen debe permitir la carga de unasola vez, teniendo en cuenta las densidades de los distintos tipos dechatarra. El diámetro debe ser grande para que la escoria tenga superficiede reacción y para que el caldo sea poco profundo y no se enfríe en laparte inferior. Se adoptan los siguientes valores:

Capacidad [t] Diámetro [mm]

0,5 1000-1400

1 1500

3 2000

5 2500

10 3000

25 4000

50 5000

60 6000

En la figura 3.1 a es el crisol y b el aislamiento refractario.

b) Bóveda. Esta construida con material refractario, normalmente sílice.

Al preparar la bóveda se dejan tres aberturas para el paso de los electrodos.

La bóveda interesa que esté alejada del arco. La duración de la bóveda en hornos conrevestimiento básico es variable con la distancia al arco.

Para evitar que circule aire a través del horno, los anillos, a través de los cuales loselectrodos atraviesan la bóveda, deben llevar dispositivos denominados apagallamas, con lo cual,además de oxidarse menos el baño, disminuye la combustión y el adelgazamiento de los

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3.8 Universidad de Málaga

electrodos en esta zona.

c) Electrodos. En los hornos de arco, la energía eléctrica es conducida al laboratorio delhorno, en el cual se realiza la fusión, mediante los electrodos (figura 3.1 e). Éstos están montadossobre soportes portacorriente (portaelectrodos) y convenientemente refrigerados por un anillo deagua.

Se fabrican con antracita cocida en hornos especiales, con coque pobre en cenizas o congrafito. Cuando se emplean en su fabricación los dos primeros productos se llaman electrodosde carbón amorfo. En otro caso reciben el nombre de electrodos de grafito natural.

Los electrodos de carbón amorfo no están muy en uso; su empleo se reserva, en particular,a los hornos que preparan ferroaleaciones (ferrosilicio, ferromanganeso, ferrocromo, etc.).

Los electrodos de grafito se fabrican según dos sistemas: uno utiliza grafito natural deMadagascar, Ceilán o italiano, y el otro produce un elemento de coque de petróleo que despuéses grafitizado en hornos eléctricos especiales donde la resistencia está representada por losmismos electrodos. En el interior de la masa se alcanzan temperaturas cercanas a los 3000EC.Este tipo de electrodo es conocido normalmente por electrodo de grafito Acheson, nombre de suinventor.

La disposición de los electrodos es un triángulo equilátero, con lados ajustados aldiámetro del crisol con el fin de conseguir la mejor distribución posible de la influencia del arcosobre la carga a fundir.

d) Brazos portaelectrodos (fig. 3.1 f).Sostienen las pletinas o tubos de cobre que llevanla corriente a las bridas o mordazas de bronce que sujetan los electrodos. Lo mismo las mordazasque los electrodos deben calibrarse de forma que pueden soportar, sin calentarse con exceso, laintensidad de corriente generada por el transformador del horno que da intensidades del ordende 15.000 a 25.000 amperios en los hornos grandes, con un diámetro de electrodos que puedealcanzar los 500 mm.

Los brazos portaelectrodos van conectados con todo el sistema mecánico o hidráuliconecesario para su levantamiento y descenso.

e) Transformador. La corriente llega a los hornos desde laslíneas distribuidoras de alta tensión, por ejemplo de 13.200 a 22.000voltios y, mediante transformadores adecuados, es reducida hasta 60 y270 voltios con numerosos valores intermedios. En los grandes hornosse emplean actualmente también los 350 V.

La necesidad de disponer de varios voltajes, deriva de lasnecesidades del proceso metalúrgico mientras que al comienzo de laoperación se emplean valores elevados para acelerar la fusión, en elperíodo de afino se desciende a valores más pequeños.

Arco. El arco eléctrico tiene la particularidad de que al aumentar

Hornos de fusión

3.9Universidad de Málaga

la tensión la intensidad disminuye, a diferencia de lo que ocurre en una resistencia normal. Enuna resistencia la intensidad es proporcional a la tensión.

En un arco el producto de la intensidad por la tensión, potencia, es constante para unalongitud determinada. El arco no puede existir por debajo de un valor mínimo de la tensión.

El arco puro es inestable, y para estabilizarlo es preciso intercalar una resistencia o unareactancia.

f) Regulador automático. En los primeros años del desarrollo de los hornos eléctricosde arco, los electrodos se regulaban a mano, y se procuraba que los arcos, que se encendían entreel extremo de los electrodos y el baño, no absorbieran más del porcentaje máximo de amperiospermitidos por la potencia del transformador. Esta regulación era lenta e insuficiente, enparticular durante el período de fusión.

Para entender mejor lo expresado en el párrafo anterior, hay que recordar que la potenciadel arco depende de su longitud y que en la marcha normal del horno hay tres regímenes:

1º.- Potencia media y arco medio al comenzar la fusión.2º.- Potencia máxima y arco largo al fundir.3º.- Potencia baja y arco corto al afinar.

En cada uno de estos tres regímenes hay que mantener la potencia constante, o sea, quehay que mantener fija la longitud del arco, compensando el desgaste de los electrodos y sudistancia al baño o a la chatarra, mediante el movimiento de los mismos. La regulación, apartede mantener constante la potencia en distintos regímenes, tiene por objeto limitar las sobrecargasbruscas a los valores autorizados por las compañías suministradoras de energía eléctrica.

Hornos eléctricos de arco indirecto.

Considerados en líneas generales, son análogos a los hornos eléctricos de electrodoradiante, siendo dos los electrodos de que disponen, regulables en sentido horizontal hasta queentre sus puntas se forme un arco que no estará nunca en contacto con elmetal.

Un horno de este tipo, modelo Booth, muy empleado enNorteamérica, es el reproducido esquemáticamente, en la siguientefigura, que puede girar por completo cuando el metal se ha licuado, parasuprimir recalentamientos indeseables en la bóveda provocados por elarco. El recubrimiento del horno es normalmente de cuarzo o caolín. Engeneral sólo se construyen hornos de poca capacidad empleándosebastante en Talleres de Fundición pequeños y medianos para hierrocolado y metales no férreos.

El tipo más notable de esta clase de hornos es un modelonorteamericano que es también oscilante. Se instala con corrientemonofásica y, para equilibrar la línea, son necesarios tres hornos o biendos con un conexionado especial del transformador (modelo Scott).

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3.10 Universidad de Málaga

Es posible aplicar en este tipo de hornos la regulación automática de los electrodos. Estehorno resulta eficaz para la fusión de metales no férreos, especialmente bronces y latones. Se usatambién para la obtención de fundiciones aleadas y ordinarias, así como aceros especiales. Lascapacidades corrientes varían entre 25 y 500 kg, aunque existen en funcionamiento hornos cuyacapacidad llega hasta 2 toneladas. La figura 5.9 representa una instalación completa para fundirel hierro, con una capacidad de fusión de 250 kg.

Hornos de inducción de canal.

Su fundamento es la creación de una corriente, en el metal sólido o líquido, que localienta por efecto Joule. Para ello se dispone de una bobina inductora atravesada por un núcleomagnético que produzca una corriente inducida en el material del crisol. Y mejor aún en unoscanales en forma de anillo en comunicación con el crisol.

Creados para la fusión del acero, se emplearon más tarde para el latón, seguidamente semodificaron para adaptarlos a la fusión de las aleaciones ligeras (aluminio), pudiendo hoyprácticamente emplearse para fundir casi todos los metales y sus aleaciones.

Con respecto a la situación del canal (que en definitiva es el secundario de untransformador cuyo primario es la bobina inductora) dentro del horno, se ensayaron distintasposiciones concluyéndose que la más adecuada era la parte baja del crisol, ya fuera en un planohorizontal, inclinado o incluso vertical. Con esta posición se llegó a un cómputo de ventajas(atenuación de efectos electrodinámicos perniciosos, mejor mezclado y homogeneización detemperaturas, etc.) que superaron a los inconvenientes (mayor erosión enel refractario del canal, canal menos accesible, etc.).

Todos los tipos funcionan a la frecuencia de la red. Dados lospequeños espesores del refractario que rodean a los canales (refractarioentre canal y bobina), es necesario disponer de un sistema deenfriamiento para evitar que el calor del metal fundido perjudique a labobina. El enfriamiento se realiza por aire y por un circuito de agua queatraviesa toda la longitud de la bobina, que se fabrica hueca.

Los hornos de inducción de frecuencia industrial, con núcleomagnético, se representan esquemáticamente en la figura adjunta, en laque se ve el canal, que forma un circuito metálico cerrado quedesemboca en una cámara de fusión de mayor capacidad. El canalenvuelve el núcleo de hierro que es excitado mediante una bobina.

Las líneas de fuerza inducidas se transmiten al anillo metálico(sólido o líquido) y la energía absorbida se transforma en calor según laley de Joule.

El tipo más sencillo de horno de inducción de canal tiene lacámara de fusión unida a un canal d, que, como hemos dicho, forma uncircuito eléctrico secundario cerrado en el cual se genera el calor. Alponer el horno en marcha, el canal está lleno de material metálico sólido

Hornos de fusión

3.11Universidad de Málaga

en íntimo contacto para permitir el cierre del anillo. Primeramente se funde el contenido de esteanillo (sección más estrecha) y luego, poco a poco, se propaga la fusión, a toda la carga. Lamezcla líquida queda favorecida por la acción electrodinámica de la corriente.

Para facilitar las subsiguientes coladas, conviene dejar siempre una cierta cantidad demetal líquido en el fondo del horno de forma que el canal esté siempre lleno, es decir, cebado.

El horno de baja frecuencia no puede alcanzar las elevadas temperaturas necesarias parafundir el acero, por lo que se emplea casi exclusivamente para aleaciones de cobre-níquel conmás de 30% de este último metal. Puede fundir también el hierro colado y metales y aleacionesligeras.

El consumo de corriente varía según el metal: funcionando continuamente es de 300 a450 kWh/t para el bronce, 600 a 700 kWh/t para el hierro colado y 400 a 450 kWh/t para elcobre.

En la fundición de hierro se emplean como horno de fusión, horno de mantenimiento eincluso como antecrisol, funcionando en duplex con cubilotes u otros hornos de fusión.

Los hornos de canal pueden ser monofásicos o trifásicos. Los primeros llevan una solabobina inductora y los segundos llevan dos o más. Su alimentación puede hacerse de cuatromaneras:

a) Directamente desde la línea de B.T. (pequeños).b) Desde la red de B.T., a través de un autotransformador de regulación (hornos depotencia media).c) Desde la red de A.T. a través de un transformador especial de potencia con variadorde tensión (hornos de gran potencia).d) Desde la red de A.T. a través de un transformador normal de potencia y untransformador de regulación (hornos de gran potencia).

Cuando se trabaja con monofásico, para tener equilibrio en la red, es preciso insertar enel circuito un sistema de equilibrado estático, constituido por una inductancia y por unacapacitancia oportunamente calculadas.

Hornos de inducción sin canales de baja frecuencia.

En estos hornos la corriente que recorre la bobina primaria genera un flujo magnéticoalterno, el cual da lugar a las corrientes parásitas (de Foucault) que engendran el calor necesariopara la fusión de la carga. Este flujo y estas corrientes dan lugar, a su vez a un movimientorotatorio en plano vertical en la masa fundida. La construcción es muy simple: un recipientevertical de material refractario, en cuyo exterior se arrolla la bobina inductora hueca yrefrigerada. La única diferencia de unos hornos a otros sólo estriba en los diferentes aparellajeseléctricos empleados, en base a la frecuencia de la corriente utilizada.

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3.12 Universidad de Málaga

La frecuencia principal empleada es la industrial de la red, y enalgún caso la industrial triplicada (3 x 50 = 150 ó 3 x 60 = 180).

Estos hornos sólo se construyen para grandes capacidades ysuelen llevar unos núcleos o armaduras magnéticas para mejor canalizarel flujo inductivo por el exterior.

Las bobinas para grandes potencias (más de 300 kWA) poseenvarias tomas de corriente y varias tomas de agua.

Este tipo de horno para la frecuencia de la red ha conquistado enpocos años un firme puesto en la técnica de la fundición. Principalmentese utiliza como:

a)Horno de fusión para carga gruesa y fina.b)Horno de calentamiento y sobrecalentamiento, para mantenerla temperatura de un baño o sobrecalentar cargas líquidas.

Los elementos que determinan la potencia del horno, para un metal y una frecuenciadados, son el diámetro del crisol y la altura de la bobina, es decir:

Q ' DH

Son hornos monofásicos siempre y dado que son siempre de más de 250 KW, no puedenser directamente alimentados por la red, intercalándose un equilibrador estático o rotatorio.

Las ventajas de estos hornos son:

a) Calentamiento directo de la carga por transmisión inductiva de la energía,aprovechándose así al máximo la energía eléctrica suministrada.b) Mezclado vigoroso del metal fundido.c) Rápida fusión de las virutas cuando se dispone de un depósito líquido que las recibe.d) Determinación segura de los análisis.e) No existen sobrecalentamientos locales como en los de canal, por cuya razón, aúnfundiendo virutas, las pérdidas por combustión son mínimas.f) Buena regulación de temperatura, ya que la conducción de la potencia es graduadamediante un regulador de tensión.g) El crisol se fabrica fácilmente con masa ácida, básica o neutra.h) Marcha limpia en el Taller de Fundición. Eventualmente se puede disponer de unacaptación de polvo.i) Manejo fácil.j) Conexión directa a la red de corriente trifásica existente intercalando eventualmenteun transformador de regulación.k) Gastos mínimos de instalación.l) Gastos mínimos de explotación y de entretenimiento.

Construcción:

Hornos de fusión

3.13Universidad de Málaga

El horno se compone esencialmente de:a) Horno propiamente dicho.b) Armazón basculante.c) Asiento basculante.d) Crisol.

Hornos sin canales de alta frecuencia.

Estos se diferencian de los de baja en que carecen de núcleo o culatas magnéticas y enel inevitable convertidor de frecuencia.

Estos hornos han sido superados por los de B.F. y sólo se emplean para fusión de metalespreciosos y laboratorio, así como fusión al vacío y otras aplicaciones especiales.

Están constituidos, semejantemente a los de baja frecuencia, por una espiral (enfriada porcirculación de agua dentro de los tubos de cobre que la constituyen) de sección rectangular ocuadrada, dentro de la cual va instalado un crisol que contiene el metal que se ha de fundir (véasefigura siguiente). En esta misma figura a es el crisol de material refractario apisonado, b la espiralde cobre que le rodea, (de sección cuadrada hueca), que se enfría con el agua que llega por latubería c. La llegada de corriente tiene lugar por las bornas e. Para efectuar la colada se hace girarel horno, por ejemplo, mediante un pistón hidráulico, sobre un eje d.

El revestimiento del horno se forma con una masa decuarcita de granulometría adecuada al tamaño del horno, que sehace plástica mediante la adición de caolín en una proporción que varíaentre el 6 y el 8%. Hay que prestar una gran atención tanto a lap r e p a r a c i ó n d e e s t e revestimiento como al secado que va acontinuación, y que será realizado muy lentamente para evitarresquebrajaduras.

También se puede preparar este revestimiento usando cuarcita triturada y ácido bórico enla proporción del 1,5 al 3%.

La capacidad de esta clase de hornos puede variar desde unos pocos kg hasta 10 o 12 tcon potencias que alcanzan 2.000 kW.

Mientras que en los hornos de baja frecuencia expusimos que se emplea la corrienteindustrial con 50 Hz, en los hornos de alta frecuencia ésta puede variar de 500 a 3.000 Hz,pudiendo llegar en ocasiones a 20.000 Hz y más en pequeños hornos experimentales.

Los hornos de inducción de alta frecuencia poseen notablesventajas: su producción es de gran calidad, con oxidaciones muyreducidas y análisis muy constantes. Sin embargo, frente a estasindudables ventajas, tenemos que los gastos de primera instalación sonmuy elevados. Su uso es recomendable en los Talleres de Fundición deacero que producen aceros aleados especiales o bien aleaciones de hierrocolado, y en menor escala en los Talleres de Fundición de hierro colado gris que desean

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3.14 Universidad de Málaga

prescindir del cubilote.

CALCULO CARGA DE UN CUBILOTE

Queremos fabricar con un cubilote de i75 cm, engranajes de peso comprendido entre 35-

40 Kg. cada uno con espesores medios de 20-25 mm. La tensión de rotura tiene que ser superior

a 22 Kg/mm2.

Para poder obtener este caldo en el taller se dispone de:

- Fundición hemetita (mineral de hierro oxidado, oligisto) de composición química C 3,6

%, Si 2,5%, Mn 0,6%, P 0,05%, S 0,005.

- Chatarra de primera calidad con espesor de 20-30 mm., y análisis químico C 3,3%, Si

1,7%, Mn 0,6%, P 0,3%, S 0,08%.

- Chatarra de acero con análisis químico C 0,1%, Mn 0,35%, P 0,08%.

- Ferro aleaciones: fundición silicosa del 10-12% Si, fundición manganesífera 18-20%

Mn.

- Chatarra de piquera y colada similar al de las piezas a fabricar.

De experiencia de coladas precedentes, el análisis aconsejable es C 3,3%, Si 1,7%,

Mn 0,8%, P 0,35%, S 0,08%. Del examen del análisis por la experiencia del maestro fundidor

se ajusta:

El carbono debe de ser reducido de 3,6% a 3,3%.

El silicio debe de ser reducido 2,5%.a 1,7%.

El manganeso debe ser aumentado.

Se prevé que hay que efectuar una carga compuesta por 30% de lingotes, 30% de chatarra

de piquera y colada, 7% de chatarra de acero y el resto un 3% de Ferro aleaciones.

Hornos de fusión

3.15Universidad de Málaga

La chatarra de piquera y colada es un residuo de las fusiones precedentes y debe ser

consumida por completo en cada fusión sucesiva, pues se supone que tiene un análisis similar

al de las piezas finales.

Cada carga que se introduce en el cubilote va a tener un peso aproximado de 400 Kg:

Fundición nueva en lingotes 400 x 0.30 = 120 Kg.

Chatarra de fundición 400 x 0.30 = 120 Kg.

Chatarra de piquera y colada 400 x 0.30 = 120 Kg.

Chatarra de acero 400 x 0.07 = 28 Kg.

Ferro aleaciones 400 x 0.03 = 12 Kg.

Resulta que para cada carga de 400 Kg. sera preciso añadir:

S = Mn =

Dado que el silicio se reduce , dado lo exiguo de la cantidad, bastara añadir a cada carga

dos pastillas de 500 gr. de ferrosilicio del 50%:

2 x 500 x 0,5 = 500 gr. de silicio metálico.

Para el manganeso ya que la fundición contiene el 18% , necesitaremos añadir:

M n = que la redondearemos a 7-8 Kg. por carga.

Conformado por moldeo

3.16 Universidad de Málaga

Cada una de las cargas metálicas que introduciremos en el cubilote estará formada por:

CARGA METÁLICA Kg

FUNDICIÓN DE HEMETÍTA EN LINGOTES 120

CHATARRA DE FUNDICIÓN METÁLICA 1ª CALIDAD 120

CHATARRA DE PIQUERA Y COLADA 120

CHATARRA DE ACERO 30

DOS PASTILLAS DE 0,5 Kg. DE Fe-Si, AL 50% 1

FUNDICIÓN MANGANESÍFERA DEL 18% 8

TOTAL CARGA 399 Kg.